微機原理與接口技術-基于8086和Proteus仿真：第8章 輸入輸出接口

第8章輸入輸出接口本章主要內容

I/O接口概述1常用I/O接口芯片2

CPU與外設之間的數據傳送方式38.1I/O接口概述輸入和輸出設備是計算機系統的重要組成部分，完成輸入/輸出（簡稱I/O）操作的部件稱為輸入/輸出接口。各種外部設備通過輸入輸出接口與系統相連，并在接口電路的支持下實現數據傳輸和操作控制。計算機系統中接口的位置8.1.1CPU與I/O設備之間的接口信息1.數據（Data）數字量模擬量開關量2.狀態(tài)信息（Status）3.控制信息（Control）8.1.2I/O接口的主要功能1.對輸入輸出數據進行緩沖和鎖存2.對信號的形式和數據的格式進行變換3.對I/O端口進行尋址4.提供聯絡信號8.1.3I/O接口的結構數據端口：用于數據信息I/O的端口。CPU通過數據接收端口輸入數據，有的能保存外設發(fā)往CPU的數據；CPU通過數據輸出端口輸出數據，一般能將CPU發(fā)往外設的數據鎖存。狀態(tài)端口：CPU通過狀態(tài)端口了解外設或接口部件本身的狀態(tài)。控制端口：CPU通過控制端口發(fā)出控制命令，以控制接口部件或外設的動作。8.1.4輸入輸出的尋址方式1.存儲器映像的I/O尋址

存儲單元和I/O端口的地址統一編址。把一個外設端口作為存儲器的一個單元來對待，故每一個外設端口占有存儲器的一個地址。

從外部設備輸入一個數據，作為一次存儲器讀的操作；而向外部設備輸出一個數據，則作為一次存儲器寫的操作。優(yōu)點：CPU對外設的操作可使用全部的存儲器操作指令，故指令多，使用方便。如可以對外設中的數據（存于外設的寄存器中）進行算術和邏輯運算，進行循環(huán)或移位等。內存和外設的地址分布圖是同一個。不需要專門的輸入輸出指令以及區(qū)分是存儲器還是I/O操作的控制信號。缺點：外設占用了內存單元，使內存容量減小。8.1.4輸入輸出的尋址方式2.I/O映像的I/O尋址I/O端口地址與存儲單元地址分開編址。CPU有專門的I/O指令，用地址來區(qū)分不同的外設。

但要注意實際上是以端口（Port）作為地址單元，因為一個外設不僅有數據寄存器還有狀態(tài)寄存器和控制命令寄存器，它們各需要一個端口才能加以區(qū)分，故一個外設往往需要數個端口地址。優(yōu)點：I/O端口不占用存儲器地址，故不會減少用戶的存儲器地址空間；采用單獨的I/O指令，使程序中I/O操作和其他操作層次清晰，便于理解。缺點：單獨I/O指令的功能有限，只能對端口數據進行輸入/輸出操作，不能直接進行移位、比較等其他操作；采用專用的I/O操作時序及I/O控制信號線，因而增加了微處理器本身控制邏輯的復雜性。8.2常用I/O接口芯片

8.2常用I/O接口芯片

8.3CPU與外設之間的數據傳送方式CPU與外設之間的數據傳送方式一般有：程序控制方式中斷方式直接存儲器存取方式通道控制方式8.3.1程序控制方式采用程序控制方式時，狀態(tài)和數據的傳輸由CPU執(zhí)行一系列指令完成。數據傳送過程中，或者由CPU查詢外設狀態(tài)，或者由外設向CPU發(fā)出請求。這種方式又可分為無條件傳輸方式和程序查詢方式。1.無條件傳輸方式CPU不需要了解外設狀態(tài)，直接與外設傳輸數據，適用于按鈕開關、發(fā)光二極管等簡單外設與CPU的數據傳送過程。這種傳輸方式的特點是硬件電路和程序設計都比較簡單，一般用于能夠確信外設已經準備就緒的場合。

CODE SEGMENTASSUME CS:CODEMAIN PROC FARSTART: PUSHDSMOVAX,0PUSHAXAGAIN: MOVDX,200HINAL,DX；讀取開關狀態(tài)NOTAL；取反OUTDX,AL；輸出控制LEDJMPAGAINRET；返回DOSMAIN ENDPCODE ENDSENDSTART【例7-2】硬件連接如前例圖所示，要求LED0～LED7循環(huán)電亮。

CODESEGMENTASSUMECS:CODEMAINPROCFARSTART:PUSHDSMOVAX,0PUSHAXMOVDX,200H；設置I/O端口MOVCL,01H；設置輸出初值AGAIN: MOVH,1；讀鍵盤緩沖區(qū)字符INT16HCMPAL,1BH；若為“ESC”鍵，則退出JZEXITMOVAL,CLOUTDX,AL；輸出控制LEDMOVBX,100；向子程序傳遞參數，實現1秒軟延時CALLDELAY；子程序DELAY實現10ms延時ROLCL,1；循環(huán)左移1位

JMPAGAINEXIT:RETDELAYPROCNEAR；延時子程序DELAYPUSHBXPUSHCXWAIT0: MOVCX,2801WAIT1: LOOPWAIT1DECBXJNZWAIT0POPCXPOPBXRETDELAYENDPMAINENDPCODEENDSENDSTART2.程序查詢方式也稱為條件傳輸方式，常用于慢速設備與CPU交換數據。CPU與外設傳輸數據之前，先檢查外設狀態(tài)，如果外設處于“準備好”狀態(tài)（輸入設備）或“空閑”狀態(tài)（輸出設備），才可以傳輸數據。為此，接口電路中除了數據端口外，還必須有狀態(tài)端口。程序查詢方式的一般過程為：CPU從接口中讀取狀態(tài)字；CPU檢測狀態(tài)字的相應位，是否滿足“就緒”條件，如不滿足，則轉1）；如狀態(tài)位表明外設已處于“就緒”條件，則傳輸數據。8.3.2中斷方式不讓CPU主動去查詢外設的狀態(tài)，而是讓外設在數據準備好之后再通知CPU。這樣，CPU在沒接到外設通知前只管做自己的事情，只有接到通知時才執(zhí)行與外設的數據傳輸工作，從而大大提高CPU的利用率。中斷方式詳見第10章。8.3.2中斷方式主程序中斷服務子程序中斷申請信號8.3.3直接存儲器存?。―MA）方式DMA方式就是在系統中建立一種機制，將外設與內存間建立起直接的通道，CPU不再直接參加外設與內存間的數據傳輸，而是在系統需要進行DMA傳輸時，將CPU對地址總線、數據總線及控制總線的管理權交由DMA控制器進行控制。當完成一次DMA數據傳輸后，再將這個控制權還給CPU。8.3.3直接存儲器存?。―MA）方式DMA方式由硬件自動實現的，并不需要程序進行控制。DMAC（稱為DMA控制器）芯片來完成相關工作，如內存地址的修改、字節(jié)長度的控制。當CPU放棄數據總線、地址總線及控制總線的控制權時，由DMAC實現外設和內存間的數據交換，同時也包括與CPU之間必要的連接。8.3.3直接存儲器存?。―MA）方式ABDBCB

CPUDMACRAM/ROMI/O8.3.4通道控制方式和I/O處理器在大、中型計算機系統中，配置的I/O設備很多，輸入輸出操作十分頻繁，如果僅用DMA控制器，則需要CPU不斷地對各個DMA控制器進行設置，影響CPU的正常工作。將DMA控制器的功能增強，使其能夠按CPU的意圖自行設置操作方式，控制數據傳送。于是，DMA控制器發(fā)展成了通道控制器。1.I/O通道（I/OChannel)早期的“通道”是由一些簡單的、主要用于數據輸入輸出的CPU構成，可配置簡單的輸入輸出程序。主CPU只需使用簡單的通道命令啟動通道，二者即可并行工作。輸入輸出程序可以在主存中，也可以在通道的局部存儲器中。主CPU一旦啟動通道工作，通道控制器即從主存或通道存儲器中取出相應的程序，控制數據的輸入輸出。2.I/O處理器（IOP）通道控制器發(fā)展成I/O處理器（I/OProcessor），也稱為I/O處理機。主要由一個進行I/O操作的CPU、內部寄存器、局部存儲器和設備控制器組成。在一個通道處理器中可有多個通道，分別與多個設備控制器連接；而一個設備控制器可控制多臺外設工作。在實際使用中，I/O處理器與